Egészségügyi szimulációs módszer az integrált humán termofiziológiai modell alapján

Nan Jia

1 Az adat- és számítástechnika iskolája, Szun Jat-szen Egyetem, Kanton 510006, Kína

Xiaohui Chen

1 Az adat- és számítástechnika iskolája, Szun Jat-szen Egyetem, Kanton 510006, Kína

Liang Yu

1 Az adat- és számítástechnika iskolája, Szun Jat-szen Egyetem, Kanton 510006, Kína

Ruomei Wang

1 Az adat- és számítástechnika iskolája, Szun Jat-szen Egyetem, Kanton 510006, Kína

Kaixing Yang

1 Az adat- és számítástechnika iskolája, Szun Jat-szen Egyetem, Kanton 510006, Kína

Xiaonan Luo

2 Számítástechnikai és Információbiztonsági Iskola, Guilin Elektronikus Technológiai Egyetem, Guilin 541004, Kína

Absztrakt

1. Bemutatkozás

Bizonyíték van arra, hogy az egészséges testmozgás minimalizálhatja az egyébként mozgásszegény életmód fiziológiai hatásait és növelheti az aktív várható élettartamot azáltal, hogy korlátozza a krónikus betegségek kialakulását és előrehaladását, valamint a fogyatékkal élők állapotát [1]. Az egészséges testmozgással kapcsolatos kutatások fontosak, és az elmúlt években erre összpontosítottak.

A testmozgás során az emberi test a hőátadás különböző formáiban energiát cserél a ruházati rendszerekkel és a környezeti feltételekkel; a hőszabályozási mechanizmus kapcsolt rendszerét az emberi ruházat-környezet (HCE) alapján határozzuk meg [2, 3]. Különösen a test hőszabályozó reakciói és a bőr idegvégződésének érzékszervi válaszai követik a fiziológia törvényeit [4]. Az emberi aktív szövetek további metabolikus hőt termelnek, amelyet bonyolultan kell ellensúlyozni a környezet hőveszteségével [2, 4]. A maghőmérséklet emelkedik, és a belső hőmérséklet-szabályozó rendszerben számos fiziológiai reakció automatikusan aktiválódik a test hőelvezetésének felgyorsítása érdekében, beleértve az izzadást az izzadságmirigy stimulálásával és a szív- és érrendszer automatikus beállításával [5]. A kardiovaszkuláris kiigazítás során a vért a központi szervekből a bőrbe osztják, hogy megkönnyítsék a hőelvezetést, és az aktív izmok vérellátást igényelnek az oxigén szállításához a tevékenységek fenntartásához. A pulzus ennek megfelelően növekszik, hogy fenntartsa a szívteljesítményt, valamint a dolgozó izmok és a bőr vérellátását [6].

A fiziológiai mutatók edzés közbeni dinamikus változásával számos egészségügyi jelenség jelentkezhet, például szomjúság, légzési rendellenességek és szédülés. A hatékony megelőző intézkedések időben történő elfogadása nélkül egészségügyi balesetek (dehidráció, megterhelő hőguta, szinkop és akár hirtelen halál is bekövetkezhet) [4]. A Standard Chartered Hong Kong Marathon 2013-on 55 futóról beszámoltak arról, hogy eszméletlen állapotba kerültek, kómába esett, és hőguta miatt összeomlásban szenvedett; több mint 100 sportoló halt meg a túlzott hőstresszben az elmúlt 20 évben a versenyek során tapasztalt erőfeszítések miatt [6]. Ha ezeket az egészségügyi baleseteket még azok bekövetkezése előtt elemezni vagy megjósolni lehet, akkor előnyös a betegségek és a halálozás enyhítése vagy elkerülése [7]. Ennélfogva a testedzés fiziológiai teljesítményének kutatása jelentős az egészség figyelemmel kísérése, elemzése és a balesetek megelőzése szempontjából.

A fent elvégzett irodalmi áttekintésből azt tapasztaltuk, hogy az emberi hőszabályozási mechanizmusok alapvető ismereteit megalapozták. Számos fiziológiai index számszerűen kiszámítható a matematikai modell segítségével. A meglévő modellek azonban különböző hangsúlypontokra összpontosítanak; a hőteljesítményeket és az emberi élettani teljesítményeket egyedileg szimulálják. Ezen előadások közötti kapcsolatot a meglévő mű nem állapította meg. Emellett néhány probléma, például az, hogy milyen módszerrel lehet megjósolni a testmozgás egészséges állapotát, és hogyan lehet enyhíteni vagy elkerülni a testmozgás baleseteit, még mielőtt azok bekövetkeznének, még nem megoldottak. Ezért fontos egy átfogó szimulációs modell kidolgozása, amely integrálja a különféle emberi szabályozási mechanizmusokat az emberi hőteljesítmény és fiziológiai teljesítmény elérése érdekében az edzés során. Ezen edzésszimulációs eredmények alapján további kutatásokat végeznek az egészséges testmozgásról.

2. Módszer

Az 1. ábra a testmozgás állapot szimulációs módszerének folyamatábráját mutatja, amelyben a bal oldalon található különböző paramétereket adják meg, és az előrejelzett egészségi állapot listát adják ki. Az 1. ábrán láthatjuk a fontos kérdéseket a testmozgás termofiziológiai modellezése és a testegészségügyi előrejelzés. Az edzés termofiziológiai modellezésében két fontos szimulációs modellt kell figyelembe venni, amelyek az emberi hőszabályozási modell és a pulzusszabályozási modell. A szimulált eredmények felhasználásával kidolgozzák a testmozgás állapotának előrejelzési modelljét. Ez felhasználható az edzőben az egészséges testmozgás eléréséhez.